Numeryczne symulacje ewolucji rzek jedno- i wielokorytowych na Ziemi i Tytanie

University of Warsaw Repository

pl | en
 
 

Show simple item record

dc.contributor.advisor Czechowski, Leszek
dc.contributor.author Misiura, Katarzyna
dc.date.accessioned 2018-01-17T00:05:34Z
dc.date.available 2018-01-17T00:05:34Z
dc.date.issued 2017-10-11
dc.identifier.uri https://depotuw.ceon.pl/handle/item/2476
dc.description.abstract Celem niniejszej pracy doktorskiej było: -zbadanie właściwości rzek ziemskich i określenie ich ewolucji dla dużych nachyleń koryta-w zakresie 0,01-0,04 rad;-zbadanie właściwości rzek na Tytanie i określenie ich ewolucji oraz porównanie ich z rzekami na Ziemi;-zbadanie rzek ziemskich płynących przez bazaltowe podłoże;-rozważenie klasyfikacji rozpatrywanych rzek, w tym próba zastosowania i modyfikacji obecnie przyjętych klasyfikacji.W pracy wykorzystano symulacje numeryczne jako podstawową metodę badawczą. Zaadaptowano i wykorzystano pakiet numeryczny CCHE2D, stworzony przez naukowców z Uniwersytetu w Missisipi. Bazuje on na uśrednionych po głębokości, dwuwymiarowych równaniach Naviera-Stokesa oraz trójwymiarowym, konwekcyjno-dyfuzyjnym równaniu transportu osadów.Na początku sprawdzono stosowalność programu do warunków innych niż ziemskie. Później ustalono i dostosowano odpowiednie parametry przepływu i transportu, niezbędne do rozpoczęcia symulacji, które pasowałyby do obecnej wiedzy o Tytanie. Następnie wykonano symulacje oraz przystąpiono do opracowywania i analizy danych.Wykonano obliczenia dla różnych czasów symulacji i różnych geometrii rzeki. Początkowe (do kilku dni) symulacje przeprowadzono dla geometrii rzeki East Fork. Miały one na celu rozeznanie zależności zachowania modelu od poszczególnych parametrów. Kolejne symulacje, również dla geometrii East Fork, trwały do 22-66 dni. Miały na celu sprawdzenie, czy założona geometria rzeki pozwoli na przekształcenie jej w inny typ i w jakich warunkach jest to możliwe. Kolejnym etapem były symulacje do ok. 240 dni, przeprowadzone dla geometrii rzeki o prostym, neutralnym kształcie, nie narzucającym późniejszej ewolucji rzeki. Symulacje te różniły się od poprzednich, także monofrakcyjnym uziarnieniem oraz zastosowaniem kilku różnych materiałów osadów. Symulacje wykonano w przypadku Ziemi - dla kwarcu i bazaltu oraz wody. W przypadku Tytana - dla lodu wodnego oraz cieczy odpowiadającej składowi tytanowemu deszczowi.Wstępne wyniki wykazały, że trzy różne, założone dla Tytana ciecze, dają podobne pola prędkości co usprawiedliwia zastosowanie tylko jednej z nich w dalszych symulacjach. Po drugie, transport zawiesinowy jest głównym sposobem transportu osadów w rzekach na Tytanie. Na Ziemi zarówno transport zawiesinowy jak i denny są istotne, przy czym denny jest znacząco wyższy niż na Tytanie. Różnice w ewolucji rzek na Ziemi i Tytanie wynikają z różnego tempa erozji oraz transportu i akumulacji osadów. Wstępne wyniki krótkich symulacji pokazały, że dla tych samych warunków na Ziemi i Tytanie, mogą wykształcać się różne typy rzek. Wynik ten zachęcił do zbadania warunków w jakich powstają różne typy rzek, a zwłaszcza rzeki jedno- i wielokorytowe. Wykonane symulacje długie, pozwoliły na wstępne określenie obszarów parametrów, gdzie z większym prawdopodobieństwem występuje dany typ rzeki. Do zaklasyfikowania rzek posłużono się dwoma metodami bazującymi na: (1) czasowych i przestrzennych zmianach w rzece, (2) wartości współczynnika roztokowania. Wiele rzek uzyskanych w długich symulacjach, klasyfikowanych zarówno jedną jak i drugą metodą, stanowią rzeki przejściowe. Porównanie z publikacjami wykazało, że metoda pierwsza daje wyniki bardziej zbliżone do terenowej klasyfikacji, podczas gdy metoda druga momentami daje wyniki odbiegające od oczekiwań. Wyniki pozwoliły na wyciągnięcie wniosków dotyczących ulepszenia zasad klasyfikacji rzek. Wskazano na potrzebę pełniejszego uwzględnienia ewolucji rzeki w ogólnej klasyfikacji, a zwłaszcza doprecyzowanie skali czasu i długości rozpatrywanego odcinka rzeki. Podjęto próbę określenia tych skal (czasu i długości), bazując na parametrach użytych w modelu.Podsumowując, niniejsza praca pogłębia zrozumienie procesów kształtujących powierzchnię Tytana, wskazuje na podobieństwa i różnice w ewolucji rzek na Tytanie i Ziemi, podejmuje próbę wypunktowania wad istniejących dotąd klasyfikacji rzek oraz sugeruje sposoby usunięcia wad.
dc.description.abstract The purpose of this thesis was to:-investigate the properties of the rivers and determine their evolution for large slope-from 0.01 to 0.04 rad;-study the properties of rivers on Titan and to investigate their evolution and to compare them with the rivers on Earth;-explore the terrestrial rivers flowing through the basaltic sediments;-consider the classification of the rivers, including the attempt to apply and modify the current classification.The work involved the use of numerical simulations as the basic research method. The package CCHE2D developed by the scientists from University of Mississippi has been adapted and utilized. It is based on depth averaged two-dimensional Navier-Stokes equations and a three dimensional, convective-diffusion equation of the sediment transport.The first part of the simulations consisted in verifying the applicability of the package to required tasks. The next point was to determine the appropriate flow and transport parameters needed for the simulation that would fit the current knowledge of Titan. The numerical simulations were carried out and their results were visualized and analyzed. The results obtained were also confronted with existing publications and data.Calculations were performed for different simulation times and different river geometries. The initial, up to a few days, simulations were made for the East Fork river geometry. They aimed to discern the dependence of model behavior on considered parameters. Further simulations lasted up to 22-66 days. The purpose of this part was to test whether the assumed geometry of the river allows to transform the river into another type and under what conditions it is possible. The next stage was simulations up to about 240 days, carried out for the river's geometry with a neutral shape that does not impose a subsequent evolution of the river. Other differences were the sediments consisting of grains of the same size and the use of a few different sediment materials. Simulations were made in the case of Earth-for quartz and basalt and for water. In the case of Titan- for water ice and liquid corresponding to the Titan’s rain. It was found that three different liquids for Titan give similar flow qualities. Secondly, the suspension load is the main way of transporting sediments in rivers on Titan. Both the suspension and the bed load are important on Earth, with the bed load being significantly higher than on Titan. The simulations show that different types of rivers could developed for the same conditions on Earth and Titan. This result encouraged to investigate the conditions in which various types of rivers occur, especially the single- and the multiple-channel rivers. Two methods have been used to classify rivers obtained in long simulations: 1) temporal and spatial variations in the river, 2) values of the braiding parameter. Many rivers obtained in long simulations constitute transitional rivers. Comparisons with the publications show that the first method gives the results closer to the field classification, while the second method gives results less expected. The results allowed to draw conclusions about the improvement of river classification rules. It was pointed out the need to take better account of the evolution of the river in the classifications. Moreover, it is shown that determination of the type of the river should be done by considering behavior of the river during some characteristic time scale and/or spatial scale. An attempt was made to determine these scales based on the parameters used in the model.In conclusion, this work deepens the understanding of the processes that shape Titan's surfaces, points to the similarities and differences in the evolution of the rivers on Titan and Earth. Moreover it extend our understanding of rivers for large slope of the channel and for basaltic sediments. It attempts also to address the drawbacks of some river classifications, and suggests ways to improve them.
dc.language.iso pl
dc.rights 10daysAccess
dc.subject ewolucja rzeki
dc.subject sedymentacja
dc.subject transport
dc.subject erozja
dc.subject rzeki jednokorytowe
dc.subject rzeki przejściowe
dc.subject rzeki wielokorytowe
dc.subject klasyfikacja rzek
dc.subject evolution of river
dc.subject sedimentation
dc.subject transport
dc.subject erosion
dc.subject single-channel rivers
dc.subject transitional rivers
dc.subject multiple-channel rivers
dc.subject river classification
dc.title Numeryczne symulacje ewolucji rzek jedno- i wielokorytowych na Ziemi i Tytanie
dc.title.alternative Numerical simulations of the evolution of single- and multiple-channel rivers on Earth and Titan
dc.type info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
dc.contributor.department Wydział Fizyki
dc.date.defence 2018-02-02
dc.identifier.apd 17551
dc.description.osid 138087
dc.contributor.email Katarzyna.Misiura@fuw.edu.pl

Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search Repository


Advanced Search

Browse

My Account

Statistics